¿Por qué mi perfil de reflujo sin plomo es demasiado caliente?

Si está utilizando un horno de reflujo sin plomo y su perfil se calienta demasiado (por ejemplo, componentes chamuscados, juntas de soldadura ampolladas o placas deformadas), no está solo. Hablo con fabricantes de productos electrónicos todas las semanas que tienen exactamente este dolor de cabeza y, la mayoría de las veces, no es un defecto en el horno en sí (y tengo un proveedor de hornos de reflujo sin plomo, así que créanme, he visto una buena cantidad de perfiles malos). Es fácil culpar al equipo, pero 9 de cada 10 veces, es una combinación de pequeños pasos en falso evitables que se convierten en una bola de nieve que genera ese "espera, ¿por qué todo se sobrecalienta?". desorden. Analicemos esto como si estuviéramos charlando mientras tomamos un café en la feria comercial, sin jerga sofocante, solo cosas reales que realmente funcionan.

En primer lugar, dejemos una cosa clara: el reflujo sin plomo es inherentemente más complicado que el estaño-plomo. ¿Ese viejo perfil de estaño y plomo que manejaste durante años? Alcanzó un máximo de alrededor de 260°C, ¿verdad? ¿Sin plomo? SAC305, la aleación de soldadura preferida, se funde a ~217°C, por lo que el pico tiene que alcanzar alrededor de 245°C para lograr una humectación adecuada, pero si superas incluso 10°C o mantienes esa temperatura durante demasiado tiempo, estás en territorio peligroso. Muchas personas con las que trabajo simplemente trasladan su antiguo perfil de estaño y plomo y elevan el pico a 20°C, que es la forma más rápida de solucionar ese problema de “demasiado calor”. Ese es el movimiento número uno del novato, fácil de arreglar una vez que lo ves.

A continuación: carga del horno. Aquí es donde las cosas se complican. He visto a muchachos meter 12 tablas en un horno de 6 zonas diseñado para 8, o cargar tablas densas y de alto calor junto a otras pequeñas y de baja masa que se calientan mucho más rápido. Espere, nadie piensa en cómo la masa real de su PCB y sus componentes cambia la absorción de calor. Las placas SMT con circuitos integrados de gran potencia, disipadores de calor o mucho cobre (piense en una placa controladora de motor) absorberán mucho más calor que una pequeña placa de conexión Bluetooth. Si carga su horno de modo que esas tablas de gran masa estén todas en el medio de las zonas calientes, donde el aire es más caliente, y mete demasiadas, no estará dando calor a ningún lado adonde ir. Los sensores del horno leen la temperatura del aire, no la temperatura real de la placa, por lo que si las placas no mueven el calor de manera uniforme, el aire simplemente se sobrecalienta para compensar. Es como intentar calentar una habitación llena de gente haciendo girar el termostato: todos están sudando cuando el aire alcanza los 75°F. Si mezcla tablas más livianas, se calentarán más rápido y el horno aumentará el calor aún más para compensar las lentas, lo que provocará que se sobrepasen.

Luego está el ajuste de la zona de reflujo, específicamente el precalentamiento y el remojo. La mayoría de los perfiles sin plomo se dividen en cuatro zonas: precalentamiento, remojo, reflujo y enfriamiento. El trabajo de la zona de precalentamiento es aumentar lentamente la placa hasta ~150-180 °C para secar los activadores de flujo y lograr que la temperatura de la placa sea uniforme. La zona de remojo (a veces llamada remojo térmico) es donde se mantiene esa temperatura durante 60 a 90 segundos para asegurarse de que hasta el último componente de la placa esté a la misma temperatura, sin puntos calientes ni fríos antes de que llegue el reflujo. Muchos operadores toman atajos aquí. Se apresurarán a precalentar, concentrarán 10 minutos de calentamiento en 2 minutos, lo que hace que los bordes de la tabla estén mucho más calientes que el centro, o se saltarán el remojo por completo y simplemente se dispararán directamente al reflujo. De repente, el calor de la zona de reflujo tiene que arreglar esa temperatura desigual y, antes de que te des cuenta, las temperaturas máximas son entre 10 y 15 °C demasiado altas. Siempre le digo a la gente: si su zona de remojo es demasiado corta, no solo obtendrá malas articulaciones, sino que en general se calentará demasiado, porque el horno está trabajando demasiado para alcanzarlo.

Espera, no nos olvidemos de la velocidad de tu transportador. Este es otro pequeño ajuste que provoca un sobrecalentamiento masivo. Si hace funcionar el transportador demasiado lento, las tablas pasan mucho más tiempo en cada zona caliente de lo que se supone. Digamos que su horno tiene seis zonas, cada una configurada para 1 minuto de calor. Si configura el transportador para que las tablas tarden 90 segundos en pasar por una zona, son 360 segundos en total, no 240. De repente, su zona de reflujo agrega un 50% más de calor, por lo que la temperatura máxima aumenta. He visto a muchachos probar un perfil en un horno vacío, donde la velocidad del transportador es perfecta, pero cuando agregan una carga completa de tablas, se olvidan de ajustarlo. Horno vacío = mucho espacio para el aire, las tablas se mueven rápido. Horno lleno = el aire está bloqueado, las tablas se mueven más lento, se hornean como galletas que se dejan en el horno por mucho tiempo. Ése es un error muy común: todo el mundo asume que la velocidad del transportador es una cuestión de “configúrelo y olvídese”, pero cambiar el tamaño de la carga significa que debe modificarlo.

Ahora, aquí es donde puedo vincular algo que es realmente relevante para su flujo de trabajo: si tiene plazos de producción ajustados, es posible que deba subcontratar la colocación de componentes, ¿verdad? Las velocidades de recogida y colocación no coincidentes o los tamaños de componentes inconsistentes pueden alterar el perfil de calor. Por ejemplo, si estás usando chips de gran potencia que tardan más en calentarse, pero la máquina de recogida y colocación los arroja todos en un solo lugar, esa área del tablero retendrá más calor, lo que hará que el sensor lea temperaturas más altas que el resto. Si necesita actualizar su configuración para manejar una ubicación consistente (lo que elimina muchas conjeturas al ajustar el perfil), tenemos equipos que combinan perfectamente con nuestros hornos de reflujo, como estos.Automatiza la selección y colocación de robots de escritorio.que mantienen uniforme la colocación de los componentes, para que las cargas de calor sean uniformes. Esa es una variable menos que tienes que solucionar cuando tu perfil se está ejecutando demasiado.

Otro importante: la calibración de la zona de calor. Seamos realistas: no todos los hornos son iguales y, con el tiempo, esos calentadores de zona caliente pueden desviarse. Si ha tenido su horno durante 5 años y nunca ha calibrado las temperaturas de la zona con un termopar colocado en el tablero, su pantalla digital podría indicar que la Zona 3 está a 220 °C, pero la temperatura real del tablero es de 250 °C. Esa es una receta para el sobrecalentamiento. Recomiendo a todos los operadores realizar una prueba de perfil térmico en una placa en blanco una vez al mes; simplemente coloque de 3 a 5 termopares en diferentes puntos (borde de la placa, centro, cerca de un componente grande) y vea lo que realmente sucede, no lo que dice el horno. vendemosEquipos de fabricación de PCB electrónicos de circuitos.que viene precalibrado y tiene lecturas de temperatura específicas de la zona, para que puedas captar la deriva antes de que se convierta en un perfil demasiado caliente.

Espera, ¿qué pasa con la zona de enfriamiento? Mucha gente pasa por alto el enfriamiento, pero si su zona de enfriamiento es demasiado débil, el calor no puede escapar adecuadamente, por lo que las tablas permanecen calientes incluso después de salir de la zona de reflujo. Eso lleva a un "sobreimpulso de remojo", donde la temperatura de la placa sigue aumentando después de que se supone que debe terminar con el reflujo, porque no hay ningún lugar al que pueda ir el calor. La soldadura sin plomo en realidad necesita un enfriamiento controlado (1-3 °C por segundo, aproximadamente) para formar buenas uniones, pero si el enfriamiento es demasiado lento, se acumula calor adicional. He visto a muchachos subir el enfriamiento al máximo en un horno de 10 zonas, pensando que más frío = mejor, lo que termina generando demasiado calor antes de tiempo, lo que hace que las temperaturas de reflujo de la manivela del horno sean más altas para compensar. Es un equilibrio ajustado, no una configuración máxima.

Hablemos de algunos mitos comunes que empeoran esto. Escucho todo el tiempo: "Sin plomo necesita temperaturas más altas que con estaño y plomo, por lo que es seguro aumentar la zona de reflujo a 255 °C". No. La temperatura máxima para productos sin plomo debe alcanzar un máximo de 240-245 °C, máx. Si la temperatura supera los 250 °C, está dañando los componentes: los circuitos integrados de plástico se agrietan, los condensadores electrolíticos tienen fugas y las máscaras de soldadura se ampollan. ¿Y esa “tasa de pendiente”? La velocidad de aceleración, es decir, la rapidez con la que se pasa del precalentamiento al pico, debe ser <3°C por segundo. Si aumentas a 5 °C por segundo, estás golpeando la tabla, lo que provoca deformaciones y temperaturas generales más altas porque las capas exteriores se calientan más rápido que las interiores. Esa es otra cosa: la deformación de la tabla no es sólo un defecto visual: significa un calentamiento desigual, lo que obliga al horno a agregar más calor para arreglarlo, lo que genera un perfil demasiado caliente.

Ah, ¿y problemas relacionados con el flujo? Si está utilizando un fundente viejo, caducado o que no está clasificado como libre de plomo, puede activarse demasiado pronto y quemarse antes de la zona de reflujo. Eso hace que la zona de precalentamiento o remojo se caliente más para activarla, lo que provoca el sobrecalentamiento de la placa. Siempre recomiendo hacer coincidir el fundente con la aleación de soldadura y mantenerlo almacenado a la temperatura adecuada (no en un contenedor de piezas calientes junto al horno). Ese pequeño paso reduce tantos dolores de cabeza por sobrecalentamiento.

Ahora, si está actualizando su horno o toda su línea para evitar estos problemas, tenemos una gama de soluciones de reflujo adaptadas a diferentes volúmenes de producción. Para la creación de prototipos en lotes pequeños, nuestro horno de 3 zonas es perfecto, con ajuste de zona simple y monitoreo térmico incorporado. Para una producción de gran volumen, los modelos de aire caliente por infrarrojos tienen un control de zona más preciso, por lo que puede marcar su perfil exactamente. Incluso contamos con equipos automatizados de recogida y colocación que funcionan perfectamente con nuestros hornos de reflujo, comoEl control numérico recoge y coloca la electrónica.que manejan componentes de tamaños consistentes, para que sus cargas de calor se mantengan uniformes, sin más puntos calientes debido a chips mal colocados. Y para líneas Bluetooth o PCB automotrices a gran escala, tenemos nuestroGran máquina de fabricación de PCB, línea de producción Bluetoothconfiguración que tiene zonas completamente calibradas y controles de velocidad del transportador, para que nunca tenga que preocuparse por el sobrecalentamiento, incluso una carga completa de tablas densas y de gran masa.

Espere, terminemos esto con una lista de verificación rápida para arreglar su perfil demasiado caliente ahora mismo, no se necesita equipo nuevo: 1) Deseche su antiguo perfil de estaño y plomo, construya uno específico sin plomo con una temperatura máxima de 240-245 °C, 2) Reduzca la velocidad del transportador en un 10-15 % cuando cargue hornos llenos, 3) Extienda la zona de remojo en 30 segundos para garantizar un calentamiento uniforme, 4) Ejecute una prueba de perfil térmico una vez al mes para calibrar las temperaturas de la zona. 5) Verifique que la zona de enfriamiento esté configurada entre 1 y 3 °C por segundo, no al máximo. Si todavía estás atascado después de eso, podría ser el momento de actualizar tu horno o tu línea para obtener un control más preciso. Nuestro equipo trabaja con todo tipo de fabricantes, desde talleres de creación de prototipos hasta grandes fábricas de PCB, por lo que podemos ayudarle a modificar la configuración o encontrar el equipo adecuado para sus necesidades.

Si está cansado de perseguir malos perfiles y perder el tiempo en tableros que se arruinan por el sobrecalentamiento, comuníquese para hablar sobre su configuración. No hacemos ventas únicas: trabajaremos con usted para descubrir exactamente qué está causando su perfil demasiado atractivo, ya sea un pequeño ajuste en la configuración o una actualización de su horno o equipo de colocación. Estamos aquí para hacer que el reflujo sin plomo sea menos estresante, no más.

Referencias:

1. Soldadura sin plomo: proceso, materiales y confiabilidad, John Wiley & Sons, 2012
2. Tecnología de montaje en superficie: principios y práctica, Springer, 2019
3. Estándares IPC para perfiles de reflujo sin plomo, IPC-J-STD-006B, 2020
4. Gestión térmica en hornos de reflujo SMT, Transacciones IEEE sobre componentes, híbridos y tecnología de fabricación, vol. 36, núm. 4, 2013